KR20080065793A - 산화인듐주석 분말 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인듐을 용액화하여 인듐 용해액을 준비하는 제1 용액화 단계, 금속 주석 및 질산을 반응시켜 메타스태닉산 용액을 준비하는 제2 용액화 단계, 상기 인듐 용해액 및 상기 메타스태닉산 용액을 혼합하여 혼합 용액을 준비하는 혼합 단계, 및 상기 혼합 용액을 분말화하는 분말화 단계를 포함하는 산화인듐주석 분말의 제조 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 X선 회절(XRD)로 측정한 1차 입자 결정사이즈가 30nm 이하인 산화인듐주석 분말을 제공한다. 본 발명에 의한 산화인듐주석 분말로 디스플레이 소자의 고품질 투명전극을 제조하는데 사용될 수 있는 고밀도의 산화인듐주석 타겟을 얻을 수 있다.

Description

산화인듐주석 분말 및 그 제조 방법{Indium tin oxide powder and manufacturing method of producing the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화인듐주석 분말의 제조 공정을 나타낸 흐름도이다.
본 발명은 산화인듐주석(Indium tin oxide, ITO) 분말 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LCD, EL, FED 소자 등과 같은 디스플레이 소자의 고품질 투명 전극층을 진공증착하는데 필요한 고밀도 ITO(Indium Tin Oxide) 타겟(target)을 제조하는데 사용될 수 있는 산화인듐주석 분말 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
산화인듐주석을 함유하고 있는 ITO 필름은 높은 전도율과 가시광선의 투과성 등의 우수한 특성으로 인하여 LCD, EL, FED 등의 디스플레이 장치에서 투명전극필름으로 많이 사용되고 있다. 이러한 ITO 필름은 통상적으로 ITO 타겟(target)을 스퍼터링(sputtering)하여 유리 기판과 같은 절연 기판 상에 코팅하여 형성되며, ITO 타겟은 ITO 분말을 직육면체 형상으로 성형하여 고온에서 소결(sintering)하여 얻는데, 스퍼터링법에 의하여 고품질의 ITO 필름을 기판상에 코팅하기 위해서는 ITO 타겟의 소결밀도가 높아야 한다.
ITO 필름의 품질은 ITO 타겟의 소결 밀도와 ITO 타겟 표면에 발생되는 노듈(nodule)에 의해 좌우된다. 특히 고품질의 ITO 필름을 얻기 위해서 ITO 타겟의 소결 밀도는 높을수록 바람직하다. 일반적으로 ITO 타겟의 소결 밀도가 낮은 이유는 ITO 타겟을 이루는 산화물의 대략 90%가 인듐산화물이고, 주석산화물이 혼합되면서 치밀성이 떨이지기 때문이다.
이는 주석산화물이 인듐산화물과 비교할 때 입자 크기가 크기 때문으로 알려졌으며, 이러한 문제점을 해결하고자 주석산화물의 입자 크기를 감소시키려는 노력이 이루어졌다. 그리고, 인듐산화물과 주석산화물을 혼합할 때 밀링을 하여 두 산화물의 혼합성을 향상시키는 등의 시도도 진행되었다.
주석산화물의 입자 크기를 감소시키기 위한 종래의 기술로는 주석산화물 입자에 제트 밀(jet mill)을 이용하여 입자 크기를 조절하는 방법이 제시된 바 있으나, 인듐산화물과 주석산화물의 혼합시 분산 정도와 치밀도를 향상시키기 위한 합성법에 대한 구체적인 언급은 없었다. 또한 분말을 합성한 후 다시 작은 크기로 분쇄하여 입자 크기를 작게 하는 방법은 분말의 1차 입자를 제어하는 것이 아니라 1차 입자가 모여 만들어진 2차 입자의 입경을 제어하는 것으로서 1차 입자의 입경을 변화시키지는 못한다.
따라서, 분말을 합성할 때부터 입자 크기를 작게 할 수 있는 제조 방법으로서 기상법, 액상법 등의 여러 방법이 개발되었는데, 일반적으로 미세 분말을 합성 하는 방법 중 잘 알려진 기상법은 나노 사이즈의 분말을 합성할 수 있는 방법으로 주목받고 있지만, 대량 생산이 어려워 특수한 분말의 소량 합성에만 제한적으로 사용되고 있다. 따라서, 대량 생산을 위한 분말 합성법으로는 일반적으로 액상법을 이용하는데, 그 중에서도 침전제를 사용하여 용액 중의 금속 이온을 침전시킴으로써 분말을 얻는 침전법이 ITO 분말을 제조하는 일반적인 방법으로 사용되고 있다.
이와 같은 침전법을 이용한 예로써, 종래에는 금속 주석을 양극으로 하고 질산암모늄(NH4NO3) 용액을 전해액으로 하여 주석을 용해하여 메타스태닉산(metastannic acid)을 침전시키고, 이 침전을 회수하고, 건조, 하소하여 산화주석 분말을 얻는 방법이 있다. 또한, 4가 주석 이온을 포함하는 주석염 수용액에 알칼리 용액을 더하여 주석 함유 침전을 생성하고, 이것을 분리 회수하고, 건조 후에 소성하여 산화주석 분말을 얻는 방법 등이 개시된 바 있다.
이 밖에도 가열한 질산암모늄 용액에 금속 주석과 질산을 첨가하여 메타스태닉산을 침전시키고, 이것을 회수, 하소하여 산화 주석 분말을 얻는 방법이나, 금속 주석에 물을 첨가하고 가열한 다음 질산을 소량씩 계속적으로 첨가하여 메타스태닉산을 침전시키고, 암모니아(NH4OH)를 이용하여 중화시킨후, 이것을 회수, 하소하여 산화주석 분말을 얻는 방법 등이 개시된 바 있다.
상기의 방법들은 금속 주석을 질산에 용해하고 생성된 메타스태닉산을 침전, 회수, 하소하는 것에 의해 산화주석 분말을 얻는 점에서는 모두 공통점이 있지만 메타스태닉산의 특성상 질산액 내에서 이온 상태로 존재하지 않고 입자로 석출되는 특성을 가지고 있어 입자 크기 조절이 용이하지 않은 문제점이 있다. 또한 그렇게 얻어진 메타스태닉산을 하소하는 과정에서 입자의 응집이 일어나므로 미세한 입자를 얻기는 매우 어렵다는 단점이 있다. 이처럼 산화주석 분말의 입자 크기를 감소시키기 위해 노력하는 이유는 ITO 소결체를 얻는 과정에서 산화인듐 분말 입방(cubic) 구조 안에 인듐 자리에 주석이 치환되는 과정이 진행되므로 보다 잘 치환되기 위해서는 산화주석 입자의 크기가 미세할수록 유리하기 때문이다.
이와 같이, 상기와 같은 방법에 의해 제조된 산화주석 분말과 산화인듐 분말을 혼합하여 산화인듐주석 분말을 제조하면, 산화인듐주석 분말의 입자 크기가 작고 입도 분포가 균일하게 제조하는 것이 어렵다. 또한, 이러한 분말로 제조된 소결체의 밀도가 개선되지 않아 ITO 박막 형성시 불량률이 높고 효율성이 저하되는 문제는 해결되지 않고 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 분말의 준비 단계에서부터 인듐과 주석의 혼합성을 향상시켜 소결 후 고밀도의 타겟의 제조가 가능한 산화인듐주석 분말의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 수십 나노 단위의 입자 크기를 가지는 산화인듐주석 분말을 제공함으로써, 고밀도의 산화인듐주석 소결체를 제조할 수 있게 하고자 한다.
본 발명의 일 특징에 따른 산화인듐주석(ITO) 분말은 X선 회절(XRD)로 측정한 1차 입자 결정사이즈가 30nm 이하이고, BET(Brunauer, Emmett, Teller) 법으로 측정된 표면적이 적어도 20m2/g인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기와 같은 특징을 가지는 산화인듐주석 분말의 제조 방법은, 인듐을 용액화하여 인듐 용해액을 준비하는 제1 용액화 단계와 금속 주석 및 질산을 반응시켜 메타스태닉산 용액을 준비하는 제2 용액화 단계, 상기 인듐 용해액 및 상기 메타스태닉산 용액을 혼합하여 혼합 용액을 준비하는 혼합 단계 및 상기 혼합 용액을 분말화하는 분말 단계를 포함한다.
상기 분말화 단계는 상기 혼합 용액을 중화하는 중화 단계, 상기 침전물을 숙성시킨 후 여과, 건조하여 분말을 준비하는 단계, 상기 분말을 열처리하는 열처리 단계 및 상기 열처리된 분말을 분쇄하는 단계를 포함한다.
상기 인듐 용해액은 인듐 및 질산을 반응시켜 준비될 수 있으며, 상기 인듐 용해액과 상기 메타스태닉산 용액의 혼합비는 8:1 내지 10:1이며, 바람직하게는 9:1의 비율이다.
상기 중화 단계는 혼합 용액의 pH가 6 내지 9의 분위기 하에서 이루어지며, 상기 열처리 단계는 400 내지 900℃의 온도 하에서 이루어진다.
상기 제1 반응 단계에서 질산의 첨가량은 인듐에 대해 0.5 내지 5 wt%이며, 상기 제2 반응 단계에서 질산의 첨가량은 주석에 대해 1 내지 5 wt%이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화인듐주석 분말의 제조 공정의 흐름도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 산화인듐주석 분말의 제조 방법은 인듐 금 속을 질산과 반응시켜 인듐 용해액을 준비하는 제1 용액화 단계(S11), 주석 금속을 질산과 반응시켜 메타스태닉산 용액을 준비하는 제2 용액화 단계(S12), 상기 인듐 용해액과 상기 메타스태닉산 용액을 혼합하여 혼합 용액을 준비하는 혼합 단계(S13), 상기 혼합 용액을 중화하는 중화 단계(S14), 상기 침전물을 숙성시키는 숙성 단계(S15), 상기 숙성된 침전물을 세정하는 세정 단계(S16), 다음으로 상기 침전물을 건조하여 분말을 준비하는 건조 단계(S17), 상기 분말을 하소하여 열처리하는 열처리 단계(S18), 상기 열처리된 분말을 밀링하여 분쇄하는 단계(S19)를 포함한다.
여기서, 인듐 용해액을 준비하는 제1 용액화 단계(S11)에서 인듐을 산과 반응시켜 용해할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지는 않으나 인듐을 질산과 반응시키는 것이 바람직하다. 염산이나 황산을 사용하는 경우에는 산화인듐주석 타겟에 불순물이 잔류하여 막 특성에 좋지 않은 영향을 끼치므로 고온 처리하여 제거하거나, 다른 후처리 방법을 사용하여야 하기 때문이다.
상기 제1 용액화 단계(S11)에서 인듐에 대한 질산의 첨가량(HNO3/In)은 농도 60%인 질산의 경우 0.5 내지 5 wt%가 바람직하다. 질산의 첨가량이 0.5wt%보다 낮은 경우에는 인듐의 용해가 용이하지 않으며 5wt%보다 높은 경우에는 중화 단계에서 암모니아 가스의 사용량이 많게 되며, 이때 인듐수산화물의 핵이 지나치게 많이 생성되어 메타스태닉산이 핵의 역할을 충분히 하지 못하게 되어 주석산화물과 인듐산화물의 혼합이 미세한 입자 단위로 일어나지 않게 되기 때문이다. 다만 본 발명 은 이에 한정되지 않으며, 상기 질산의 첨가량은 인듐 금속의 크기나 질산의 농도, 반응 온도 등에 따라 달라질 수 있다.
그리고, 메타스태닉산 용액을 준비하는 제2 용액화 단계(S12)에서 주석을 산과 반응시켜 용해할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지는 않으나 주석을 질산과 반응시키는 것이 바람직하다. 염산을 사용하는 경우에는 메타스태닉산이 생성되지 않고 용액 중에 주석이 이온 상태로 존재하게 되어 인듐 용해액에 첨가하여 침전물 생성시 핵으로 사용할 수 없다. 본 발명은 메타스태닉산 입자가 침전시 핵이 되어 인듐수산화물 침전을 생성함으로써, 인듐과 주석의 혼합이 미세한 분말 단위로 일어날 수 있게 하고자 하는 것이므로 입자 크기가 작은 메타스태닉산이 준비되어야 한다. 염산을 사용할 시에는 메타스태닉산이 침전되는 것이 아니라, 금속 주석이 염산에 완전히 용해되어 이온화된다. 따라서, 알칼리 이온을 첨가하여 수산화 주석을 침전시키는 방법을 사용하나, 염산의 염화 이온(Cl-)의 제거가 어렵다는 문제가 있다. 또한, 황산에 금속 주석을 용해시키면 용해성이 떨어지고 상당히 많은 시간이 소요되는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에 있어서, 금속 주석을 용해시키는 산으로는 질산이 바람직하다.
상기 제2 용액화 단계(S12)에서 주석에 대한 질산의 첨가량(HNO3/Sn)은 농도 60%인 질산의 경우 1 내지 5 wt%가 바람직하다. 질산의 첨가량이 1wt%보다 낮은 경우에는 주석의 용해가 용이하지 않으며 5wt%보다 높은 경우에는 중화 단계에서 암모니아 가스의 사용량이 많게 되며, 반응이 급격히 진행되므로 반응을 제어하기 어려워 최종적으로 제조된 산화주석 분말의 입경 분포가 불균일해진다. 다만 상기 질산의 첨가량은 주석 금속의 크기나 질산의 농도, 반응 온도 등에 따라 달라질 수 있다.
이 때 주석 금속의 경우에는 인듐과는 달리 상온에서의 반응 속도가 느려 그대로 용해 반응을 시키는 경우 메타스태닉산의 입자 크기가 크게 생성되므로 가온하여 주는 것이 바람직하다. 가온을 해주는 경우 주석과 질산이 반응하여 메타스태닉산 핵을 만드는 속도가 메타스태닉산이 서로 응집하여 크게 성장하는 속도보다 촉진되어 미세한 메타스태닉산을 얻을 수 있다. 이 때의 온도는 60 내지 150℃가 바람직하다. 상기 온도가 60℃보다 낮은 경우 반응 속도가 촉진되지 않으며 150℃보다 높은 경우에는 질산이 반응에 참여하지 않고 NOx(일산화질소 및 이산화질소 기체) 기체로 분해되어 질산의 농도가 낮아지는 효과가 있으며, 핵 성장의 속도가 지나치게 빠른 경우 메타스태닉산이 콜로이달 형태로 되어 점도가 증가하므로 취급에 어려움이 생기게 된다.
본 발명에 의하면, 상기와 같이 인듐 용해액과 메타스태닉산 용액을 각각 준비한 다음, 인듐 용해액과 메타스태닉산 용액을 혼합하여 혼합 용액을 준비(S13)한 후 암모니아 가스를 이용하여 상기 혼합 용액을 중화(S14)시킨다.
상기 혼합 단계(S13)에서 상기 인듐 용해액과 상기 메타스태닉산 용액의 혼합비는 8:1 내지 10:1이며, 바람직하게는 9:1이나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 주석과 인듐을 질산 용액에 함께 투입하여 반응시키지 않고 인 듐 용해액과 메타스태닉산 용액을 각각 따로 준비하여 혼합하는 것은, 인듐의 질산에 대한 반응성이 주석의 질산에 대한 반응성에 비해 극렬하여 반응을 함께 시킬 경우 인듐수산화물과 메타스태닉산이 고르게 혼합되면서 침전이 생성될 수 없기 때문이다. 또한, 금속 주석을 질산과 반응시키는 경우에는 반응이 원활하게 일어나게 하기 위하여 기체를 반응기 내로 버블링 해주는 경우가 있으므로 인듐과 주석을 함께 질산 용액에 투입하는 것은 바람직하지 않다.
상기와 같이 혼합 용액을 준비한 후에는 중화 단계(S14)를 거친다. 상기 중화 단계(S14)에서 암모니아 가스뿐만 아니라 암모니아수를 공급하는 경우도 본 발명에 포함될 수 있다. 상기 암모니아 가스는 상기 혼합 용액의 pH가 6 내지 9가 될 때까지 공급하는 것이 바람직하다.
상기 혼합 용액 내에서 인듐은 인듐수산화물 형태이고, 주석은 메타스태닉산 형태이다. 메타스태닉산은 침전물 형태이고, 인듐수산화물은 용액의 pH에 따라 침전물의 형태로 존재할 수 있다. 질산 용액 내에 존재하는 인듐수산화물은 용액의 pH가 6 이상이 되면서 침전되기 시작하는데, 이미 용액 내에 존재하는 미세한 메타스태닉산 침전을 핵으로 하여 인듐수산화물 침전이 성장하게 된다. 따라서, 인듐산화물과 주석산화물 분말을 각각 제조하여 이를 혼합하는 경우보다 본 발명은 용액 상태에서 침전이 생성되는 단계에서부터 주석수산화물과 인듐수산화물이 혼합된 형태의 침전을 생성하고, 이를 하소하여 산화인듐주석 분말을 얻게 되는 것이므로 나노 사이즈의 미세한 산화인듐주석 분말을 제조할 수 있는 것이다.
상기 혼합 용액의 pH가 6보다 낮은 경우에는 혼합 용액 중에 침전되지 않는 인듐 이온이 존재하고, 인듐수산화물 침전의 화학 반응이 완결되지 않아 안정하지 않으며, pH가 9보다 높은 경우에는 인듐수산화물 침전의 입자 크기가 거대해지므로 바람직하지 않다.
암모니아 가스를 상기 혼합 용액의 pH가 6 내지 9에 도달할 때까지 혼합 용액에 주입하며, 상기 범위 내의 일정 pH에 도달하면 일정 시간 동안 상온에서 중화 반응이 평형에 도달할 때까지 방치하여 숙성(S15)시킨다.
이후 숙성된 인듐주석수산화물 침전을 거른 후 증류수를 이용하여 상기 인듐주석수산화물 침전에 흡착되어 있는 수용성 불순물이나 기타 이온들을 제거하며 세정액의 전기 전도도를 측정하여 70μS/cm 이하, 바람직하게는 30μS/cm 이하가 될 때까지 세정 단계(S16)를 수행한다.
다음으로, 상기 인듐주석수산화물 침전을 100 내지 150℃에서 건조(S17)하여 수분을 제거한다. 건조시 침전물의 상변화가 일어나지 않도록 150℃ 이상의 높은 온도에서는 건조하지 않는 것이 바람직하며, 건조가 완료된 침전물은 알루미나 도가니에 넣은 후 400 내지 900℃에서 1차 열처리를 하여 하소 단계(S18)를 거친다. 상기 하소 단계(S18)에서 인듐주석수산화물이 산화물 형태로 전환되어 산화인듐주석이 제조된다. 이 때 400℃보다 온도가 낮은 경우에는 산화인듐주석의 결정성이 좋지 않으며, 900℃보다 높은 경우에는 소결되어 산화인듐 격자에 주석이 치환되어 이후 타겟 제조시 실시하는 2차 열처리 시 결정 크기가 지나치게 커지게 되어 스퍼터링 과정 중에 타겟이 깨지는 경우가 발생할 수 있으므로 바람직하지 않다.
상기 하소 단계(S18)가 완료되면 딱딱하게 굳은 산화인듐주석 분말 덩어리를 밀링(S19)하여 분쇄하여 미세한 산화인듐주석 분말을 제조한다.
이하에서는 산화인듐주석 타겟의 제조 방법에 대해 설명한다.
상기 산화인듐주석 분말과 물과 분산제를 적절한 비율로 혼합하여 슬러리를 준비한 후, 이를 습식 밀링하고 건조하여 과립 분말을 준비한다. 상기 슬러리는 분산제 외에 필요에 따라 바인더나 소포제를 더 포함할 수 있다. 다음으로, 건조된 과립 분말을 냉간 압축(cold press)과 냉간 등방압 성형(CIP)을 통해 성형체를 제조하고, 상기 성형체에 소정의 온도를 가하는 2차 열처리 단계, 즉 소결 단계를 거쳐 산화인듐주석 타겟을 제조할 수 있다. 상기 소결 단계에서 소결 온도와 소결 시간에 따라 산화인듐주석 타겟의 소결 밀도가 달라질 수 있다. 일반적으로 산화인듐주석 타겟의 제조시 1300 내지 1600℃ 내외의 온도에서 1 내지 6시간 정도 소결하나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다.
이하 실시예를 통하여 본 발명에 따른 산화인듐주석 분말의 제조 방법을 더욱 상세하게 설명하나, 하기 실시예는 본 발명에 따른 제조 방법을 보다 더 구체적으로 설명하기 위한 예시적인 것으로서, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
인듐 금속 1,000g을 20L 반응기에 투입한 후, 순수한 물 2,500mL을 투입하고 온도를 80℃까지 승온시킨 뒤에, 농도 60% 질산을 2,500mL를 투입하여 인듐 용해액을 준비하였다.
금속 주석 100g을 2L 반응기에 투입한 후, 순수한 물 250mL을 투입하고 온도를 80℃까지 승온시킨 뒤에, 농도 60% 질산을 250mL를 투입하여 메타스태닉산 용액을 준비하였다. 다음으로 상기 메타스태닉산 용액을 상온까지 냉각시켰다.
상기 인듐 용해액과 상기 메타스태닉산 용액을 교반하면서 혼합하여 혼합액을 준비한 후, 암모니아 가스를 1분당 5L의 속도로 상기 혼합액의 pH가 8이 될 때까지 공급하였다. 이후 12시간 동안 상온에서 상기 혼합액을 방치하여 숙성시킨 후 이 혼합액에 순수한 물 30L을 첨가하여 원심분리기를 통해 3번 세척을 수행하였다. 그리고, 상기 혼합액에 순수한 물 1000ml를 더 첨가한 후 종이 필터를 이용하여 여과하였다.
여과 후 얻어진 침전물을 105℃ 건조오븐에서 24시간 건조한 뒤, 분쇄기를 이용하여 1분간 분쇄하고, 600℃에서 3시간 하소하였다. 하소가 완료된 산화인듐주석 분말을 볼밀을 사용하여 건식 분쇄하여 미세한 산화인듐주석 분말을 제조하였다.
상기 산화인듐주석 분말 100g, 폴리비닐알콜(10wt%) 10g, 증류수 300g을 혼합한 후 이를 지르코니아 볼을 사용하여 볼 밀링을 실시하였다. 밀링을 완료한 후 건조하고, 건조된 산화인듐주석 분말의 1차 입자 사이즈를 측정한 결과, 1차 입자 사이즈는 18nm였으며 BET(Brunauer, Emmett, Teller) 측정 결과 22m2/g 이였다.
상기 분말을 프레스 금형에 균일하게 충진시킨 후 유압프레스로 850kgf/cm2의 압력을 가하여 성형체를 만들었다. 이후 1580℃에서 5시간 동안 산소 분위기 하에서 소결하였다.
이후 제조가 완료된 산화인듐주석 타겟의 소결 밀도를 측정한 결과 7.145g/cm2, 상대 밀도는 99.9%였다.
[비교예 1]
금속 인듐을 1,000g을 20L 반응기에 투입한 후, 순수한 물 2,500mL을 투입하고 온도를 80℃까지 승온시킨 뒤에, 농도 60% 질산을 2,500mL를 투입하였다. 인듐의 용해가 완료되면 암모니아 가스를 1분당 5L의 속도로 인듐 용해액의 pH가 8이 될 때까지 공급하였다. 이후 상기 인듐 용해액을 12시간 동안 상온에서 방치한 후 이 용해액에 순수한 물 30L를 첨가하고, 원심분리기를 통해 3번 세척을 수행한 후, 순수한 물 1000mL를 더 첨가한 후 종이 필터를 이용하여 여과하였다. 여과 후 얻어진 침전물을 105℃ 건조오븐에서 24시간 건조한 뒤, 분쇄기를 이용하여 1분간 분쇄하고, 600℃에서 3시간 하소하여 인듐산화물 분말을 제조하였다.
금속 주석 100g을 2L 반응기에 투입한 후, 순수한 물 250mL을 투입하고 온도를 80℃까지 승온시킨 뒤에, 농도 60% 질산을 250mL를 투입하여 메타스태닉산 용액을 준비하였다. 다음으로 상기 메타스태닉산 용액을 상온까지 냉각시켰다. 다음으로 암모니아 가스를 1분당 5L의 속도로 상기 메타스태닉산 용액의 pH가 8이 될 때까지 공급하였다. 이후 12시간 정도 상온에서 방치하여 숙성시킨 후 상기 용액에 순수한 물 3L를 첨가하고, 원심분리기를 통해 3번 세척을 수행한 후, 순수한 물 100mL를 더 첨가한 후 종이 필터를 이용하여 여과하였다.
여과 후 얻어진 침전물을 105℃ 건조오븐에서 24시간 건조한 뒤, 분쇄기를 이용하여 1분간 분쇄하고, 600℃에서 3시간 하소하여 주석산화물 분말을 제조하였다.
다음으로, 하소가 완료된 인듐산화물 분말과 주석산화물 분말을 각각 볼밀을 사용하여 건식 분쇄하였다.
다음으로, 분쇄된 인듐산화물 분말 90g과 주석산화물 분말 10g, 폴리비닐알콜(10wt%) 10g, 증류수 300g을 혼합한 후 이를 지르코니아 볼을 사용하여 볼 밀링을 실시하였다. 밀링을 완료한 후 건조하고, 건조된 산화인듐주석 분말의 1차 입자 사이즈를 측정한 결과, 1차 입자 사이즈는 42nm였으며 BET(Brunauer, Emmett, Teller) 측정 결과 9m2/g 이였다.
상기 분말을 프레스 금형에 균일하게 충진시킨 후 유압프레스로 850kgf/cm2의 압력을 가하여 성형체를 만들었다. 이후 1580℃에서 5시간 동안 산소 분위기 하에서 소결하였다.
이후 제조가 완료된 산화인듐주석 타겟의 소결 밀도를 측정한 결과 7.012g/cm2, 상대 밀도는 98.04%였다.
이하에서는 본 발명에 따른 산화인듐주석 분말에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 산화인듐주석 분말은, X선 회절(XRD) 로 측정한 1차 입자 결정사이즈가 30nm 이하이며, 바람직하게는 20nm 이하이다. 또한, 상기 산화인듐주석 분말은 BET(Brunauer, Emmett, Teller) 법으로 측정된 표면적이 적어도 20m2/g인 것을 특징으로 한다. 상기 산화인듐주석 분말을 이용하여 제조한 타겟은 소결 밀도가 7.14g/cm2 이상을 나타낸다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 인듐 용해액에 메타스태닉산 용액을 혼합함으로써 메타스태닉산 침전을 핵으로 하여 인듐수산화물을 생성하여 용액 상태에서부터 분산성과 혼합도를 향상시켜 나노 크기의 산화인듐주석 분말을 제조할 수 있어, 상기 산화인듐주석 분말로 고밀도의 ITO 타겟을 제조할 수 있으며, 이러한 고밀도의 ITO 타겟으로 디스플레이 소자에 사용되는 고품질의 투명전극 필름을 제조할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (10)

  1. 인듐을 용액화하여 인듐 용해액을 준비하는 제1 용액화 단계;
    금속 주석 및 질산을 반응시켜 메타스태닉산 용액을 준비하는 제2 용액화 단계;
    상기 인듐 용해액 및 상기 메타스태닉산 용액을 혼합하여 혼합 용액을 준비하는 혼합 단계; 및
    상기 혼합 용액을 분말화하는 분말화 단계를 포함하는 산화인듐주석 분말의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분말화 단계는,
    상기 혼합 용액을 중화하는 중화 단계;
    상기 침전물을 숙성시킨 후 여과, 건조하여 분말을 준비하는 단계;
    상기 분말을 열처리하는 열처리 단계; 및
    상기 열처리된 분말을 분쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화인듐주석 분말의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인듐 용해액은 인듐 및 질산을 반응시켜 준비된 것을 특징으로 하는 산화인듐주석 분말의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 인듐 용해액과 상기 메타스태닉산 용액의 혼합비는 8:1 내지 10:1인 것을 특징으로 하는 산화인듐주석 분말의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열처리 단계는 400 내지 900℃의 온도 하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 산화인듐주석 분말의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반응 단계에서 질산의 첨가량은 인듐에 대해 0.5 내지 5 wt%인 것을 특징으로 하는 산화인듐주석 분말의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반응 단계에서 질산의 첨가량은 주석에 대해 1 내지 5 wt%인 것을 특징으로 하는 산화인듐주석 분말의 제조 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 중화 단계는 혼합 용액의 pH가 6 내지 9의 분위기 하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 산화인듐주석 분말의 제조 방법.
  9. X선 회절(XRD)로 측정한 1차 입자 결정사이즈가 30nm 이하인 산화인듐주석 분말.
  10. 제9항에 있어서,
    BET 법으로 측정된 표면적이 적어도 20m2/g인 것을 특징으로 하는 산화인듐주석 분말.
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